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Théorie

Documents de Bernard de GOmars
Mon approche de la FHP étant empirique, je me permet de vous orienter vers cet Excellent site où les principes sont abordés avec beaucoup de réalisme. Je reprend ici Fuzeao les documents que Bernard y met en ligne, mais je vous engage à les consulter plus complètement, et plus à jour sur son site.

margeLa marge statique
La stabilité de la fusée dépendra de sa marge statique . Celle-ci variera au cours du vol, quand le réservoir se videra de son eau.
Mais là où elle est la plus cruciale, et la plus délicate à réaliser sera au début du vol, réservoir plein.
Elle devra avoir une valeur comprise entre 1 & 1,5. Si la valeur est trop faible, il y aura instabilité. Si elle est trop élevée elle sera surstable et sensible au vent.

Pour la calculer :

Des logiciels trouvés sur Planète-Sciences
En téléchargement :
- Trajec 2.5
- Carina

- Carina

Récupérer dans ce répertoire : carina.zip et le décompacter dans un répertoire (ou la totalité des fichiers)

On peut faire fonctionner le logiciel en créant un répertoire CARINA sur un disque C : "C:\CARINA" et on y copie l'exécutable : Carina2.exe, les fichiers moteurs : MOTEURS.DAT et MOTEURS.IDX ensuite les exemples de fusées : MAFUSEE.CAR, TAFUSEE.CAR
Enfin, il faut ajouter des fichiers dans le répertoire C:\WINDOWS\SYSTEM qui sont : VBRUN300.DLL, GAUGE.VBX, THREED.VBX
Il ne vous reste plus qu'à faire les raccourcis qui vont bien pour lancer le logiciel.
23/01/2003
F.BOUCHAR

Mode d'emploi  

 

Un document de Bernard de Gomars : la stabilité intuitive Haut


Calcul de l'altitude

Enregistrement avec un module électronique :

La pub d'un petit module électronique à 39.90€
http://www.flashrc.com/product_info.php?cPath=34&products_id=142 ( voire plus bas pour commander directement aux States)
Unique en France: l'ALti-Flash Le plus simple, plus rapide, et moins cher des moyens pour répondre à une vieille question ... quelle altitude ? Plus petit qu'un timbre poste et tout aussi léger, ce petit module enregistre la plus haute altitude atteinte par votre modèle durant le vol. Montez l'Alti-Flash dans votre modèle at connectez le sur une voie libre du récepteur (ou alimentez le à par d'une 2nde batterie de 1 LiPo par exemple). Après le vol, il suffit d'agiter le doigt devant la LED et de compter le nombre de clignotement indiquant l'altitude relative atteinte par votre modèle. La précision est de 1 mètre et peut mesurer jusqu'à 2150m au dessus du sol. • Alitmètre de précision Resolution de 1 mètre Altitude max de 2150 m au dessus du sol (en relatif) • Facile à installer Le placer à l'intérieur du fuselage Le brancher sur votre récepteur ou une batterie de 3.2V à 12V • Facile à utiliser Agiter le doigt devant la LED pour activer la lecture de l'altitude Il suffit de compter le nombre de clignotements: flash-flash flash-flash-flash-flash flash = 241 m • Fonctionne sur n'importe quel modèle Plus petit qu'un timbre Tout aussi léger Un outil indispensable pour: - remorquage - planeur - hélicoptère .
L'adresse du fabricant : http://wingedshadow.com/
La page du matériel : http://store.hexsys.biz/cubecart/index.php?act=viewProd&productId=16

Un autre module sur perfectlite

 

Mesure au camescope

analyse au camescope
c'est la méthode que j'utilise le plus fréquemment. L'approximation est importante, et l'erreur d'autant plus grande que la fusée à une trajectoire éloignée de la verticale.
 Il suffit de : trouver un piquet adéquat   un poteau électrique existant par exemple, ajuster la ou les distances du piquet au caméscope et à la fusée, et de placer le caméscope sur un piedHaut

Mesure au théodolite
Idem ci dessus
Pièces détachées à commander ici : http://www.techno-challenge.org/fus/modules/tinycontent/index.php?id=32

Et un article de Alain Juge tiré de son site . Il est plus interressant d'aller voir sur son site , pour ne manquer aucune précision
.Mesure de l'altitude
Le fusil trigonométrique

Le moyen le plus simple, même s'il n'offre pas une grande précision de mesure, est le 'fusil trigonométrique', basé sur le principe suivant :

Connaissant la distance d à laquelle l'observateur se trouve du lanceur, on en déduit la hauteur h par la relation h = d*tg( alpha ).

Plus l'angle est petit, meilleur est la précision, aussi il faut se placer assez loin du lanceur. Une bonne distance me semble être entre 50 et 100m .

 

 

 

 

 

Mais cette méthode a des limites. D'abord la visée est plus ou moins précise, de même que l'estimation de l'apogée. Ensuite le blocage du fil à plomb avec un doigt ne va pas dans le sens de la précision. Enfin et surtout, si on considère la figure ci-contre, on se rend vite compte que si la fusée n'a pas une trajectoire dans un plan perpendiculaire à l'axe Lanceur-Observateur (cas des Fusées 2 et 3) le calcul est complètement erronée.

Pour pallier ce problème, il faut avoir 2 observateurs et utiliser un matériel légèrement plus sophistiqué en ce sens que chaque observateur doit relever l'angle alpha comme précédemment, mais aussi l'angle Thêta représenté sur la figure ci dessous.
Le point L représente la position du lanceur
Les points O1 et O2 correspondent aux positions des 2 observateurs, distant respectivement de L1 et L2 du lanceur.
Le point A situe l'apogée de la fusée, tandis que le point P est la projection au sol du point A.
On calcule d'abord les coordonnées du point P par les formules :
Xp = (L1*tg(Théta1)-L2*cos(Gamma)*tg(Theta2-gamma)-L2*sin(gamma))/(tg(theta2-gamma)-tg(theta1))
Yp=tg(theta1)*Xp+tg(Theta1)*L1
A partir des coordonnées de P, on peut calculer la hauteur h soit avec l'angle alpha1, soit avec l'angle alpha2. L'idéal est de faire le calcul avec les deux, le résultat devrait être identique, aux incertitudes de mesures près...

L'altitude h est donnée par l'une des formules suivantes : h = (Yp/sin(Théta1))*tg(alpha1)
ou h = (Yp-(L2*sin(gamma))*tg(alpha2)/sin(gamma-théta2)
Vous avez intéret a rentrer ces formules dans un tableur ou dans une calculette programmable pour avoir un résultat rapide.
Vous pouvez aussi noter soigneusement les différents angles puis faire une construction géométrique à l'echelle 1/1000 ème par exemple (1cm= 10m).
On recherche les coordonnées de P en traçant d'abord les droite LO1 et LO2, puis, connaissant les angles Théta1 et théta2, les droites O1P et O2P.
Sur une autre figure, on retrace O1P et sa perpendiculaire en P, puis connaissant l'angle alpha1, on trace la droite O1A. Pour controle, on trace O2P et sa perpendiculaire en P et connaissant l'angle alpha2 on trace O2A. Dans les deux cas de figure, la hauteur PA doit être la même (aux erreurs de mesure près et aux incertitudes de construction près).

Le premier fusil trigonométrique que j'ai (c'est Alain Juges qui parle) confectionné est constitué d'un bout de manche à balai, sous lequel j'ai collé un morceau de carton. Sur le carton, j'ai tracé un quart de cercle gradué tout le 5°. Au centre du quart de cercle, j'ai fixé une tige métallique qui est lestée de plomb à son autre extrémité.

Le manche à balai permet de viser la fusée, et lors de son apogée, il faut bloquer la tige métallique (avec un doigt) pour lire l'angle alpha que fait le fusil avec l'horizontale.

 

 

Voici, ci dessous, la nouvelle version qui ressemble beaucoup plus à un fusil. Le système de visée est donc un peu plus précis.

La mesure d'angle est réalisée grâce à un disque gradué tous les 5 degrés. Ce disque est lesté de plomb. Lorsque la fusée atteint son apogée, il suffit de bloquer le disque à l'aide de la gachette, puis de lire l'angle en face du repère sur la partie fixe du fusil.

 

 

Encore amélioré, avec la camera fixée dessus, on filme en même temps que l'on mesure l'altitude

Haut

 

Avimeca

AVIMECA est un logiciel gratuit et léger permettant d'effectuer des pointages sur les fichiers vidéo AVI.
avimeca2.zip (405ko) ensemble compacté, contenant les fichiers avimeca2.exe (éxécutable) & avimeca2.hlp (aide)
mesam2_7.pdf (50ko) mode d'emploi simplifié

avimeca Haut

La martingale balistique de Bernard de Gomars que je reprend de techno-challenge
Description :
Méthode de détermination de différents paramètres (l’Altitude de Culmination, la Vitesse de Fin de Propulsion, la Distance Balistique) par le relevé de seulement deux durées pendant le vol balistique d’une fusée.
(La Distance Balistique est l’inverse du coefficient balistique b utilisé, par exemple, dans le Vol de la Fusée de Gil Denis :
On a donc Distance balistique = 1/b = 2M/ρ S Cx )
Aux hydrofuséistes qui désirent un abaque d’évaluation de l’altitude de culmination des Fusées à eau « plein goulot » de 1,5L, nous proposons l’abaque suivant. Il y est posé que la propulsion s’étend sur 1/10ème de seconde et sur 3m d’altitude (deux paramètres qui, de fait, sont usuels pour ce type de Fusées).
Abscisses et ordonnées de cet abaque sont :
- le TRaS (Temps de Retour au Sol), durée totale du vol, depuis l’instant de libération de la fusée jusqu’à son crash final.
- l’Écart Sommital, différence entre le Temps de Culmination (à savoir le temps que met la fusée à s’élever depuis le sol jusqu’à son apogée) et la moitié du TRaS.

–Les courbes rouges quasi verticales représentent les Hauteurs de Culmination de valeurs rondes (30m, 35m, 40m). Les bulles rouges précisent ces valeurs rondes pour la moitié des courbes.
–En violet sont les courbes de Vitesses de Fin de Propulsion, repérées également pour la moitié d’entre elles.
–L’éventail de courbe de couleurs variées représente toujours les différentes Distances Balistiques .(DB = 35m, DB = 45m, etc…)…
–Le tracé jaune reproduit, pour exemple, le vol d’une fusée type de 75m de Distance Balistique, qui serait animée en Fin de Propulsion d’une vitesse de 55 m/s.
–Les pointillés gris verticaux représentent le pronostic d’altitude que l’on peut émettre à partir de la formule simplifiée de Dean Wheeler à savoir : Zap = 1,23 TRaS² – 0,5(HfinProp+3)
(pour simplifier, seules les altitudes de 50 et 100m sont indiquées
Soulignons que cet abaque vaut pour tout les projectiles dont on peut prétendre qu’ils sont caractérisés par un seul et unique S.Cx , càd toutes formes de Fusées à eau (par exemple les Fusées mues par une tuyère réduite, ou de volume plus important) ainsi que pour les Fusées à feu.

Extrait de Le Vol Balistique de la Fusée, par Bernard Bertin.( son site )Haut

Formule simplifiée de Dean Wheeler
Selon techno-challenge, une infos d'Amstrong
H = 1,23 T² -3
H représente la hauteur, en mètres et T le temps que met la bouteille en vol, sans parachute (à partir du moment où elle quitte le lanceur, jusqu'au moment où elle touche le sol)
Et un graphe de Fred

Un autre post de techno-challenge sur le même sujet Haut


Analyse du vol
Examinons les diffèrentes phases du vol
1. PISTON :Ejection de l'eau,  tuyère sur le tube de guidage.
Effet piston : guidage physique
2. HYDRAULIQUE Ejection de l'eau après tube de guidage
Instabilité due à une marge statique négative (C. Poussée Aérodynamique au dessus du C. Gravité) mais guidage par énergie cinétique due à la masse encore importante de la fusée et par les ailerons
Vitesse faible à la sortie du tube, fusée très sensible au vent latéral, mais accélération de plus en plus violente : plusieurs dizaines de G , l'ogive se presse contre le corps de la fusée et s'y coincera si aucun appui positif ne l'en empêche.
Nota : dans les 2 phases ci-dessus l'utilisation de lanceur Gardena petit débit est préjudiciable à la stabilité pour 2 raisons essentielles :
           1. Eventualité d'un mauvais alignement de l'embout et de la bouteille (collage imprécis par ex.) 
           2. Accélération moindre qu'un plein goulot, et donc vitesse d'efficacité des ailerons plus tardive
Il est donc indispensable de soigner tout particulièrement le raccord fusée / base et si la vitesse de décollage vous est indifférente visuellement de préférer le plein goulot ou le Gardena gros débit
3. PNEUMATIQUE Ejection de l'air :
L'accélération diminue rapidement (1/10 de seconde) pour passer à une valeur négative (- plusieurs G).  Le freinage est très violent
Il s'en suit un état d'apesanteur relatif pour les éléments de la fusée et la trainée de l'ogive étant inférieure à la trainée du corps et des ailerons, elle tend à s'écarter de sa bague d'appui. (et ce d'autant plus que la masse, et donc l'énergie accumulée  par l'ogive sera plus important par rapport au corps de la fusée) Ce moment est celui que choisi parfois mon parachute pour s'ouvrir, ou l'ogive se décaler, se coincer, et rabattre violement la trajectoire, au mieux à l'horizontale, au pire vers le sol.
Il est important qu'à ce moment le guidage de l'ogive demeure efficace. (Si l'ogive se décolle, elle doit rester dans l'axe de la fusée, le guidage de l'ogive doit donc être cylindrique sur quelques cm sans perdre de vue qu' à l'apogée, ce guidage ne doit pas être trop rétensif.)
4. PASSIVE ou  Balistique
La décélération diminue ainsi que la vitesse de la fusée qui atteint son apogée. L'état d'impesanteur continue jusqu'à l'apogée
5. APOGEE :
Anarchie totale du vol, selon l'inclinaison de la trajectoire à ce moment.
Anarchie d'autant plus grande que la fusée est verticale.
Marche Ar, flottement. La fusée passe par un état temporaire d'apesanteur.
L'intérieur de l'ogive est en légère dépression par rapport à la pression atmosphérique (effet Ventury pendant la montée). Un effet ventouse plaque l'ogive sur le corps de la fusée. d'où l'importance d'une dépressurisation de l'ogive.
Dès que la pesanteur se fait à nouveau ressentir, utilisation de cette position pour un basculement de l'ogive, et sa désolidarisation du corps de la fusée.

Mon système d'ouverture de parachute fonctionne par centrifugation de la coiffe à l'occasion du retournement ( établi par Bernard de GoMars et LaBulle à l'époque où ce dernier avait mis ce système au point).
-->Quant il y a retournement après recul (retombée en arrière de la fusée à culmination), ça marche encore mieux. La vitesse de rotation en tangage de la fusée est forte et la traînée est négligeable (vitesse faible) (ou même elle va dans le sens de la centrifugation)...
--> Mais quand la fusée culmine en une parabole trop tendue, la vitesse de rotation en tangage nécessaire à la centrifugation n'est pas atteinte (de plus la traînée de la coiffe contribue à la plaquer sur le corps de la fusée).

La fusée reprenant de la vitesse la marge statique la repositionne parallèlement à sa trajectoire (descendante).
Il est impératif qu'à ce moment l'ogive se soit désolidarisée du corps de la fusée pour libérer le parachute. Sinon!....
6. REDESCENTE
La vitesse augmente, l'ogive est à nouveau plaquée ? contre sa bague et la décélération finale prendra en compte la dureté de la cible volontaire ou pas, ainsi que la capacité exceptionnelle à se déformer du PET
Le meilleur CX de l'ogive que celui du corps et de ses ailerons tend à la faire accélérer plus que le reste de la fusée et l'en éloigne. (cf digression ci dessus)
Mais c'est cette même différence qui provoque son décollement à la fin de la phase propulsion hydraulique, mais de manière négligeable, j'espère par par rapport à l'énergie cinétique).
Un lest de la pointe de l'ogive accélère la séparation en même temps qu'il augmente la stabilité du début du vol
Le problème étant que le lest 'haut" provoque un déséquilibre en remontant le centre de gravité propre de l'ogive qui a tendance à quitter sa place lors de mouvements latéraux au départ.
Mais le parachute s'est déployé et la descente rapide mais freinée de l'ensemble offre un spectacle majestueux à nos yeux ébahis
7. CONCLUSION
Il me faut continuer à chercher et tester Haut


Simulation

Tableau de simulation
J'ai trouvé sur la toile plusieurs tableaux de simulation, celui que j'utilise après l'avoir un peu modifié est celui-ci :
Il necessite Excel

Télécharger : simulation trajectoire.xls (527ko)

Un autre tableau, celui de "Zorg" :

Télécharger : simulation.xls (798 ko)Haut


La rEaction
d'après : http://moteurareaction.ifrance.com/
Historique
Le premier a utilisé le principe de réaction est le grec Héron d'Alexandrie vers le premier siècle après J.C..
Il invente une machine appelée éolipyle (porte d'Éole).
Cette machine est une chaudière hermétique remplie en partie d'eau que l'on plaçait sur un feu.
De cette chaudière sort un tube creux relié à une sphère pouvant tourner autour d'un axe horizontal.
De cette sphère deux autres tubes perpendiculaires à l'axe laissaient sortir la vapeur qui par propulsion
faisait tourner la sphère.
Héron d'Alexandrie utilise sans le savoir le principe de réaction.
C'est au cours du XVIIe siècle que l'anglais Sir Isaac Newton (1642-1627) découvre et énonce le principe
d'action réaction.
Mais c'est en 1903, que le physicien russe autodidacte Konstantin Tsiolkovski, explique pour la première fois
comment le principe de réaction peut être utilisé dans le vide.
En effet dans un article intitulé Exploration de l'espace au moyen d'engins à réaction ,
le physicien communique l'expression de la vitesse de la fusée en fonction de la vitesse d'éjection des gaz.
Au cours du XXe siècle, le principe d'action et de réaction est appliqué aux missiles.
C'est l'allemand Wernher Von Braun (1912-1977) qui est l'origine de la fabrication en série des missiles V2.
Ces missiles sont conçus pendant la seconde guerre mondiale, pour bombarder les villes alliées.

En lançant la pierre d'un côté, l'homme provoque un déplacement
de matière dans un certain sens. Pourquoi ce déplacement
entraîne-t-il un déplacement du bateau dans l'autre sens ?
(d'après l'expérience de Tsiolkovski)


Enoncé du principe :
Le principe d'action à réaction et de réaction est énoncé dans la troisième loi de Newton :"L'action est toujours égale et opposée à la réaction ; c'est à dire, que les actions de deux corps l'un sur l'autre sont toujours égales, et dans des directions égales, et dans des directions contraires", (extrait de Principes mathématiques de la Philosophie naturelle, Sir Isaac Newton, 1686)
Actuellement la troisième loi de Newton est énoncé de la façon suivante :"Lorsqu'un solide S1 exerce une force sur un solide S2, le solide S2 exerce sur le solide S1, la force directement opposée."

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